DE1946178C3 - Verfahren zur Herstellung von Innenprofilen in rohrförmigen Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Innenprofilen in rohrförmigen Werkstücken an Rundknetmaschinen oder Umlaufpresscn. bei welchem ein rohrförmiger Rohling über einen Dorn mit einem kontinuierlich auf die volle Höhe ansteigenden Profil intermittierend geknetet und bewegt wird, wobei an den Umfang des Rohlings intermittierend Kräfte angelegt werden und der Außendurchmesser des Rohlings vermindert wird.

Innenprofile in rohrförmigen Werkstücken können entweder durch eine spanabhebende Bearbeitung oder durch eine spanlose Bearbeitung hergestellt werden. Eine spanabhebende Bearbeitung ist jedoch zeitraubend und teuer, weshalb bei einer Herstellung in großen Stückzahlen eine spanlose Bearbeitung bevorzugt wird. Die spanlose Herstellung von Innenprofilen in rohrförmigen Werkstücken erfolgt entweder durch Ziehverfahren oder durch Rundknetverfahren.

Bei Ziehverfahren wird ein Dorn mit einem entsprechenden Außenprofil durch einen rohrförmigen Rohling hindurchgezogen, wobei die Außenprofilierung des Domes in den rohrförmigen Rohling eingearbeitet wird. Derartige Verfahren zum Innenziehen wurden beispielsweise früher häufig zur Herstellung von Zügen in Schußwaffenläufen verwendet. Wenn auch das Ziehverfahren zur Herstellung von Innenprofilen in rohrförmigen Werkstücken wesentlich rascher durchführbar ist als früher übliche spanabhebende Verfahren, so sind dem Ziehverfahren hinsichtlich der raschen Durchführbarkeit doch Grenzen gesetzt.

Man ist daher in vielen Fällen zum Rundknetverfahren übergegangen, bei welchem ein rohrförmiger Rohling auf einen mit einem Außenprofil versehenen Dorn •ufgehämmert wird, wobei entsprechend der fortschreitenden Bearbeitung entweder der Dorn durch den rohrförmigen Rohling hindurchgezogen oder der rohrförmige Rohling über den Dorn hinweggezogen wird. Während beispielsweise zur Einbringung der Züge in Schußwaffenläufe mit Hilfe des Ziehverfahrens für einen Lauf etwa 45 Minuten erforderlich waren, konnte die Herstellung der Innenprofilierung in einem Schußwaffenlauf mit Hilfe des Rundknetverfahrens in etwa 2 Minuten erfolgen. Das Rundknetverfahren hat neben der überaus großen Zeitersparnis gegenüber dem Ziehverfahren noch den großen Verteil, daß die gesamte Innenoberfläche des Werkstücks intensiver verfestigt und das Werkstoifgefüge verdichtet wird, was praktisch zum Schließen der Poren des Werkstoffs führt. Die mechanischen Eigenschaften eines nach dem Rundknetverfahren hergestellten Werkstücks mit Innenprofilierung sind daher besonders gut und den mechanischen Eigenschaften eines mit Hilfe des Ziehverfahrens hergestellten Werkstücks bei weitem überlegen.

Bei einem bekannten Rundknetverfahren (DT-PA B 14 436 lb/49i) von Innenprofilen in einem rohrförmigen Rohling wird ein Dorn verwendet, der am Einführende in den rohrförmigen Rohling einen glatten Mantel aufweist dessen Au3endurchmesser dem Flankendurchmesser des später herzustellenden Gewindes entspricht Daß sich an die glatte Mantelfläche anschließende Außengewinde des Doms nimmt allmählich auf die volle, endgültige Gewindehöhe zu. wobei der Außendurchmesser des Gewindes unter Einhaltung der gleichen Steigung kontinuierlich zunimmt und der Kerndurchmesser des Gewindes kontinuierlich abnimmt. Bei diesem bekannten Verfahren hat der rohrförmige Rohling einen Innendurchmesser, welcher dem Außendui-chmesser der glatten, zylindrischen Mantelfläche des Doms, das heißt dem Flankendurchmesser des herzustellenden Innengewindes bzw. Innenprofils entspricht.

Wenn bei diesem bekannten Verfahren der rohrförmige Rohling über den Dorn gezogen und auf den Dorn aufgeknetet wird, indem an den Außenumfang des Rohlings intermittierend Kräfte angelegt werden, wird ein Teil des Werkstoffs des Rohlings durch die über den Flankendurchmesser des Doms vorstehenden Profilierungen radial nach außen verdrängt, während der andere Teil des Werkstoffs des Rohlings radial nach innen in die stetig zunehmenden Vertiefungen des Gewindes hineingedrückt wird, dessen Kerndurchmesser mit zunehmenden Abstand vom Einführende des Doms immer kleiner wird. Bei diesen bekannten Verfahren wird also ein Teil des Werkstoffs an der Innenfläche des Rohlings radial nach außen und der andere Teil des Werkstoffs des Rohlings radial nach innen in die Vertiefungen der Profilierung des Doms verdrängt. Der Werkstoff, der radial nach innen in die Vertiefungen der Profilierung des Dorns hineingedrückt wird, erfährt eine starke Verdichtung und Verfestigung. Je tiefer die Vertiefungen der Profilierung werden, in welche der Werkstoff radial nach innen gedrückt wird, desto größer wird die Verdichtung und Verfestigung des radial nach innen verdrängten Werkstoffs. Da jedoch mit zunehmender Verdichtung und Verfestigung des Werkstoffs auch die Fließspannung des Werkstoffs, d. h. dessen Widerstand gegen eine Verformung zunimmt, wird es mit zunehmender Tiefe der Profilierungen immer schwieriger, den Werkstoff zu verformen und radial nach innen zu verdrängen und auf den Grund der Profilierungen zu drücken.

Bei diesem bekannten Rundknetverfahren sind daher übermäßig große Kräfte erforderlich, um den Werkstoff des Rohlings radial nach innen auf den Grund der Profilierung des Domes zu drücken. Mit diesem bekannten Verfahren ist es jedoch auf keinen Fall möglich, Profilierungen mit einer großen Profiltiefe herzustellen, da es selbst bei Anlegen überaus großer Kräfte an den Außenumfang des Rohlings nicht möglich ist, den radial nach innen verdrängten und verdichteten

Werkstoff auf den Grund tiefer ProBlierungen zu drükk^-i. Die hierfür erforderlichen Kräfte müßten einen Wert erreichen, bei welchem nicht nur das Werkstück, sondern auch der Dorn verformt wird. Das bekannte Rundknetverfahren eignet sich daher ay zur Herstellung von Innenprofilen, die eine verhältnismäßig geringe Profutiefe haben und verhältnismäßig breit sind. Die Herstellung von sehr tiefen und schmalen Innenprofil ist jedoch mit diesem bekannten Rundknetverfahren nicht möglich.

Es war daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Innenprofilen in rohrförmigen Werkstücken an Rundknetmaschinen oder Umlaufpressen zu schaffen, mit welchem auch sehr tiefe und/oder schmale Innenprofile mit großer Genauigkeit und vermindertem Kraftaufwand hergestellt werden können.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß von einem Rohling ausgegangen wird, dessen Innenabmessung der kleinsten Innenabmessung des herzustellenden Innenprofils entspricht, so daß der Werkstoff an der Innenseite des Rohlings ausschließlich radial nach außen verdrängt wird.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Werkstoff an der Innenfläche des Rohlings im wesentlichen radial nach außen verdrängt wird, wird eine übermäßige Verdichtung und Verfestigung und damit eine übermäßig hohe Fließspannung des Werkstoffs, insbesondere am Kopf der Profilstege vermieden, so daß _ⁱs auch mit vermindertem Kraftaufwand möglich ist, schmale und tiefe Innenprofile in rohrförmigen Rohlingen herzustellen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren befindet sich der Werkstoff des Rohlings bereits vor Beginn des Verformungsvorgangs auf dem Grund des Profils und bleibt auch während des weiteren Verformungsvorgangs bei zunehmender Profiltiefe stets mit dem Profilgrund in inniger Berührung, so daß der Werkstoff des Rohlings zu keinem Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens radial nach innen verdrängt zu werden braucht. Beim Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht der Außendurchmesser des Do·ns am Einführende in den rohrförmigen Rohling dei lichten Innendurchmesser des fertigen, mt der Innenprofilierung versehenen Werkstücks. Bei Jen bisher bekannten Rundknetverfahren dagegen ist der Außendurchmesser des Doms am Einführende in den rohrförmigen Rohling stets größer als der lichte Durchmesser des fertigen, mit der Innenprofilierung versehenen Werkstücks, da bei den bekannten Rundknetverfahren ein Teil des Materials des Rohlings stets radial nach innen verdrängt wird. Aufgrund des erfindungsgemäßen Rundknetverfahrens ist es möglich geworden, Rundknetverfahren auch auf die Bereiche der Metallverformung anzuwenden, in denen bisher Rundknetverfahren nicht angewandt werden konnten.

Mit dem erfindungsgemäßen Rundknetverfahren ist es beispielsweise möglich geworden, Zahnräder mit innerer Schraubenverzahnung oder rohrförmige Werkstücke mit tiefen und schmalen Keilnuten am Innenumfang herzustellen, die bisher nur mit einer spanabhebenden Bearbeitung hergestellt werden konnten.

Es ist zwar bei Ziehverfahren zur Herstellung von Innenprofilen (vgl. FR-PS 1 028 353) bekannt, von einem Rohling auszugehen, dessen Innenabmessungen den kleinsten Innenabmessungen des herzustellenden Innenprofils entsprechen, so daß der Werkstoff an der Innenseite des Rohlings radial nach außen verdrängt wird, während die Außenabmessungen des Rohlings unverändert bleiben. Ziehverfahren und Rundknetverfahren zur Herstellung von Innenprofilen sind jedoch zwei grundlegend verschiedene Verfahren, bei deren Durcbfühmng unterschiedliche Probleme auftraten und zu lösen sind und die darüber hinaus zn völlig unterschiedlichen Ergebnissen führen. Während beispielsweise die Einbringung von Zügen in Schußwaffenläufe auf Rundknetmaschinen in etwa zwei Minuten erfolgt, sind im Ziehverfahren hierfür etwa 45 Minuten erforderlich. Darüber hinaus haben die mit dem Rundknetverfahren hergestellten Innenprofüe infolge der Oberflächenverfestigung und der Gefügeverdichtung eine Oberflächenqualität mit einer hohen mechanischen Belastbarkeit, die bei Innenprofilen niemals erreicht wird, die nach dem Ziehverfahren hergestellt werden.

Ogleich Ziehverfahren und Rundknetverfahren seit vielen Jahrzehnten nebeneinander zur Herstellung von innenprofilen verwendet wurden, war die Fachwelt bisher offensichtlich immer der Auffassung, daß die beim Ziehverfahren angewendeten Prinzipien nicht auf Rundknetverfahren übertragen werden können, da die Fachwelt, wie dem gesamten Schrifttum zu entnehmen ist die einhellige Auffassung vertrat, daß Rundknetverfahren nur dann zu einem befriedigenden Ergebnis führen können, wenn dafür gesorgt wird, daß das zu verformende Material nach innen in die Vertiefungen des Profils eines Doms fließen kann. Das bisher allgemein übliche Prinzip des Rundknetverfahrens bestand also darin, daß zumindest ein Teil des Materials des Rohlings in die Vertiefungen des Doms hineingedrückt und hineingehämmert wird. Auch die Kenntnis des vorstehend beschriebenen Ziehverfahrens hat den Fachmann des Rundknetverfahrens nicht davon abbringen können, bisher am vorstehend beschriebenen, üblichen Prinzip des Rundknetverfahrens festzuhalten.

Im nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem in der Vorrichtung angeordneten Rohling,

F i g. 2 aneinandergereihte Querschnittsegmente des Rohlings und des Dorns, wobei die Querschnittsegmente den Schnittlinien ßbis Hin F i g. 1 entsprechen, und

F i g. 3 eine Gegenüberstellung von Teilquerschnitten durch die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung längs den Schnittlinien Bund W.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 20 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Bearbeitung eines Rohlings W gezeigt. Die Vorrichtung 20 weist zwei Paare von gegenüberliegenden, hin- und herbewegbaren Knetbakken 22, 24 bzw. 26, 28 auf, die intermittierend radial nach innen gegen die Außenfläche des Rohlings W gedrückt werden, um den Werkstoff des Rohlings zum Fließen zu bringen. Die Knetbacken werden durch Exzenter- oder Nockeneinrichtungen oder durch Mechanismen betätigt, die beispielsweise bei Rundknetmaschinen allgemein bekannt sind.

Der Rohling IV wird zwischen den intermittierenden Arbeitshüben der Knetbacken 22, 24, 26, 28 mit Hilfe einer herkömmlichen, nicht dargestellten Vorschubeinrichtung axial vorgeschoben. Die Vorschubeinrichtung kann sich drehen oder die Drehung eines in den Rohling W eintauchenden Doms 30 und des Rohlings W gegen die Knetbacken 22, 24 und 26, 28 gestatten, um jeweils einen anderen Umfangsbereich des Rohlings W der Einwirkung der Knetbacken 22, 24 und 26, 28 aus-

zusetzen. Auf diese Weise wird der gesamte Umfang des Rohlings W bearbeitet, bevor der Rohling W zwischen den Knetbacken 22, 24 und 26, 28 wieder ein Stück vorgeschoben wird. Bei manchen Verformungsvorgängen können an Stelle des Dorns 30 und des Roh- lings W die Knetbacken 22, 24 und 26, 28 gedreht werden.

Der Dorn 30 ist mittels einer Dornstange 32 abgestützt und festgelegt, die feststehend oder drehbar sein kann. Die Stange 32 hält den Dorn 30 zwischen den Knetbacken 22, 24 und 26, 28 an einer Stelle, an welcher der Dorn 30 mit den Knetbacken zur radialen Verformung des Rohlings IV zusammenarbeitet. Der Dorn 30 verjüngt sich von seinem hinteren, der Bewegungsrichtung des Rohlings abgekehrten Ende zu sein;m vorderen Ende, das an der Dornstange 32 befestigt ist.

Das Profil der Verjüngung des Dorns 30 sowie die Eintrittswinkel und Profile der gegenüberliegenden Knetbacken längs des Verformungsdrucks sind so aufeinander abgestimmt, daß ein plastisches Fließen des Materials des Rohlings W hervorgerufen und eine begrenzte, elastische Rückfederung des verformten Rohlings nach jeder Hin- und Herbewegung der Knetbakken 22, 24 und 26, 28 ermöglicht wird. Die besonderen Winkel und Profile der Knetbacken und des Dorns ändern sich in Abhängigkeit vom Werkstoff des Rohlings, den Querschnittsabmessungen des Rohlings und der gewünschten Verformung des Rohlings. Die elastische Rückfederung des Rohlingswerkstoffs nach jeder Hin- und Herbewegung der Knetbacken ist derart, daß die Innenabmessung des Rohlings nach der Rückfederung etwas größer als der entsprechende Querschnitt des Dorns ist auf welchem der Rohling gerade geformt worden ist. Dies ermöglicht den intermittierenden Vorschub des Rohlings längs des Dorns vor der nächsnn Hin- und Herbewegung der Knetbacken.

Wie in den F i g. 2 und J dargestellt ist. kann der Dorn 30 mit geraden, schraubenlinienförmigen Zähnen 34 oder mit anderen Profilen versehen sein, die sich in Längsrichtung des Dorns vom Hinterende zum Vorderende verjüngen, wobei das gewählte Profil des Dorns vom gewünschten Innenprofil des Rohlings abhängt

Wenn der Rohling über den Dorn vorgeschoben wird, wird das Material des Rohlings auf Grund der Erweiterung des Dorns in Vorschubrichtung des Rohlings allmählich durch die Zähne 34 bearbeitet, so daß der Werkstoff des Rohlings radial nach außen fließt und die Innenfläche des Rohlings so gestaltet wird, daß sie ein Profil erhält, welches dem Profil des Dorns entspricht Auf diese Weise befindet sich bereits bei Beginn des Verformungsvorganges der Werkstoff am Grund der ProfHräume zwischen den benachbarten Zähnen, so daß er nicht mehr in die Vertiefungen des Profils hineingedrückt werden muß. Hierdurch kann die aufzuwendende Kraft für die Verformung des Rohlings beträchtlich herabgesetzt werden.

F i g. 1 zeigt einen rohrförmigen Rohling IV, welcher gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch hergestellt wird, daß der Werkstoff an der innenfläche des Rohlings hauptsächlich radial nach außen verdrängt wird. Die jeweils einander gegenüberliegenden Knetbacken 22, 24 und 26, 28 werden gegen den Rohling W m radialer Richtung hin- und herbewegt. Die Knetbacken üben auf den Außenumfang des Rohlings 6; W intermittierend Druckkräfte aus. weiche die Fließ grenze des Materials überschreiten und ein plastisches Fließen des Materials hervorrufen. Wenn der Druck auf den Außenumfang des Rohlings W aufgehoben wird, folgt nach dem plastischen Fließen eine begrenzte, elastische Rückfederung. Der von der Stange 32 abgestützte Dorn 30 ist zwischen den Knetbacken 22, 24 und 26,28 angeordnet. Wie aus F i g. 1 klar hervorgeht, ist der Außendurchmesser des Dorns 30 an seinem Vorderende kleiner als der Innendurchmesser des Rohlings IV, während der Außendurchmesser des Dorns 30 an seinem Hinterende größer als der Innendurchmesser des Rohlings Wist.

Wie oben erwähnt, wird der rohrförmige Rohling W durch eine herkömmliche, nicht dargestellte Vorschubeinrichtung an der Stelle A mit den Knetbacken 22, 24 und 26, 28 in Eingriff gebracht. An dieser Stelle beginnen die Knetbacken die Außenabmessungen des Rohlings W zu verringern, wodurch eine proportionale Verringerung des Innendurchmessers hervorgerufen wird.

Wenn der Rohling W zwischen den Arbeitshüben der Knetbacken vorgeschoben und der gesamte Umfang des Rohlings bei jedem Arbeitszyklus über eine begrenzte Strecke bearbeitet wird, verringern sich die Außen- und Innenabmessungen des Rohlings schrittweise, bis die Innenabmessung des Rohlings so weit verringert ist, daß die Innenfläche des Rohlings an der Stelle B mit dem Dorn in Eingriff gelangt. An dieser Stelle hat der Dorn 30 wesentlich kleinere Querschnittsabmessungen oder Profile als an seinem hinteren Ende. Wenn der Dorn 30 an der Innenfläche des Rohlings IV Innenzähne ausbildet beginnen die Zähne 34 des Dorns 30 an der Stelle B und nehmen gegen das Hinterende des Dorns 30 in ihrer radialen Höhe allmählich immer mehr zu. Dies wird besonders durch die aneinandergereihten Querschnittsegmente in Fig.2 deutlich, welche den Schnitten an den Schnittlinien B bis H in F i g. 1 entsprechen. Dies führt zu einer Verdrängung des an der Innenfläche des Rohlings befindlichen Materials radial nach außen und zu einer allmählichen radialen Vergrößerung der Innenabmessungen des Rohlings um eine Strecke di, bis der Rohling IV mit dem Profil des Dorns 30 übereinstimmt während die Außenabmessungen des Rohlings allmählich um eine Strecke d2 verringert werden.

Die Knetbacken 22, 24 und 26, 28 üben in örtlichen Bereichen rund um den Umfang des Rohlings Drücke aus. welche die Fließgrenze des Rohlings »V übersteigen, so daß das Material des Rohlings zum Fließen gebracht und der Rohling IV so verformt wird, daß er ein dem Profil des Dorns 30 entsprechendes Profil erhält. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß der Druck nur an vier Stellen rund um den Umfang des Rohlings IV angelegt wird Durch die relative Drehung des Rohlings IV gegen die Knetbacken 22 bis 28 ist jedoch gewährleistet daß der gesamte Umfang des Rohlings bearbeitet wird.

In F i g. 3 ist das Ausmaß der elastischen Rückfederung aus Gründen der Veranschaulichung übertrieben dargestellt Die elastische Rückfederung des verformten Rohlings erfolgt nach jedem Verformungsvorgang, wenn der Druck auf den Rohling W aufgehoben ist. Die elastische Rückfederung des verformten Rohlings ist derart daß die Innenabmessung des Rohlings nach der elastischen Rückfederung etwas größer als die entsprechende Außenabmessung des Dorns ist, bei welcher der Rohling geformt worden ist Das sehr kleine Spiel, das zwischen dem Dorn und dem Rohling bei der elastischen Rückfederung erzeugt wird, macht es nunmehr möglich, den Rohling um eine kleine Strecke über das Profil des Dorns weiter vorzubewegen.

Die Herstellung des Innenprofils im Werkstück setzt sich in der oben beschriebenen Weise fort, bis das Werkstück an der Schnittlinie G außen und innen das gewünschte Querschnittsprofil erreicht hat. Gewöhnlich wird es bevorzugt, die sich erweiternden Dorne derart zu gestalten, daß die maximalen Abmessungen des Dornprofils an der Schnittlinie H in einem kurzen Abstand hinter der Schnittlinie G erreicht werden. Diese geringfügige Vergrößerung des Außendurchmessers des Doms 30 zwischen den Schnittlinien G und H be-

wirkt eine Verringerung des Spiels zwischen dem Rohling Wund dem Dorn 30, wobei eine ständige, begrenzte elastische Rückfederung nach dem Fließen des Materials an der Schnittlinie H vorhanden ist, da keine weitere Verringerung der Außenabmessung durch Materialverdrängung stattfindet, was für eine genaue Führung des Rohlings notwendig ist. Die genaue Füh rung eines Werkstücks ist insbesondere bei der Her stellung von schraubenlinienförmigen Innenprofilen er forderlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

509 63C

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   ■;. Verfahren zur Herstellung von lnnenprofHen in rohrförmigen Werkstücken an Rundknetmaschinen oder Umlaufpressen, bei welchem ein rohrförmiger Rohling über einen Profildorn mit einem kontinuierlich auf die volle Höhe ansteigenden Profil intermittierend geknetet und bewegt wird, wobei an den Umfang des Rohlings intermittierend Kräfte angelegt werden, durch welche der Außendurchmesser des Rohlings unter Vergrößern seiner Länge vermindert wird und der Werkstoff an der jtanenseite des Rohlings zum Erzielen des gewünschten Innenprofils hauptsächlich radial vordrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Rohling ausgegangen wird, dessen Innenabmessung der kleinsten Innenabmessung des herzustellenden Innenprofils entspricht, so daß der Werkstoff an der Innenseite des Rohlings ausschließlich radial nach außen verdrängt wird.